KR101564072B1 - Apparatus and method for laser heat treatment - Google Patents
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Abstract
본 발명은 레이저 열처리 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기판의 표면 상태에 따른 반사율이 최소가 되는 입사각으로 레이저광을 입사하여 기판을 열처리하는 레이저 열처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 레이저 열처리 장치는 레이저광을 방출하는 방사원부, 상기 방사원부로부터 방출되는 레이저광을 상기 기판을 향하여 입사시키는 조절부, 상기 기판 표면의 반사율을 측정하는 측정부 및 상기 측정부에서 측정된 반사율로부터 결정된 브루스터 각에 대응하는 입사각으로 상기 레이저광이 기판에 입사하도록 조절부를 제어하는 제어부를 포함한다.The present invention relates to a laser annealing apparatus and method, and more particularly, to a laser annealing apparatus and method for annealing a substrate by injecting laser light at an incident angle that minimizes the reflectance depending on the surface state of the substrate.
A laser annealing apparatus according to an embodiment of the present invention includes a radiation source for emitting a laser beam, an adjustment unit for causing laser light emitted from the radiation source to enter the substrate, a measurement unit for measuring a reflectance of the substrate surface, And a control unit for controlling the adjusting unit so that the laser beam is incident on the substrate at an incident angle corresponding to the Brewster angle determined from the reflectance measured at the measuring unit.
Description
본 발명은 레이저 열처리 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기판의 표면 상태에 따른 반사율이 최소가 되는 입사각으로 레이저광을 입사하여 기판을 열처리하는 레이저 열처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a laser annealing apparatus and method, and more particularly, to a laser annealing apparatus and method for annealing a substrate by injecting laser light at an incident angle that minimizes the reflectance depending on the surface state of the substrate.
순수한 실리콘 반도체 기판에 3족 또는 5족의 불순물을 임플란트 등의 방법으로 주입한 후 열처리를 수행하면 주입된 불순물이 활성화되고, 실리콘은 P형 또는 N형으로 도핑된다. 이러한 공정은 트랜지스터의 소스 및 드레인 형성 공정 등에 이용된다.When impurities of Group 3 or Group 5 are implanted into a pure silicon semiconductor substrate by an implant or the like and then heat treatment is performed, the implanted impurities are activated and silicon is doped into P type or N type. Such a process is used for the source and drain forming processes of the transistor and the like.
상기와 같은 임플란트 후 열처리 혹은 다양한 반도체 제조 공정에 있어서 급속 열처리 장비들이 이용되고 있으며, 특히 30㎚ 이하 급의 미세 선폭 실리콘 반도체의 초급속 열처리 공정에 있어서 레이저를 광원으로 하는 열처리 공정이 점차 확대 적용되고 있다.Rapid thermal processing equipment is used in the post-implant heat treatment or various semiconductor manufacturing processes. Particularly, in the ultra-rapid heat treatment process of the fine line width silicon semiconductor of 30 nm or less, a heat treatment process using laser as a light source is gradually applied .
상기 레이저 열처리 공정에 가장 널리 이용되는 것은 CO2 레이저로서 중심 파장이 10.6㎛이며, 고출력을 용이하게 얻을 수 있다. 상기 CO2 레이저를 이용한 초급속 열처리는 전술한 트랜지스터의 소스 및 드레인 임플란트 공정과 실리사이드(silicide) 공정에 주로 이용되고 있다.The most widely used laser in the laser annealing process is a CO 2 laser having a center wavelength of 10.6 탆, and high output can be easily obtained. The rapid heat treatment using the CO 2 laser is mainly used for the source and drain implant process and the silicide process of the transistor described above.
CO2 레이저를 이용한 초급속 열처리 장치는 레이저 광원의 열처리 효율을 높이기 위하여 즉, 기판 표면에서의 반사를 최소화하기 위하여 P편광된 레이저광을 브루스터 각(Brewster's angle)으로 기판에 입사시킨다. P편광된 레이저광을 브루스터 각으로 기판에 입사시킬 경우 레이저광의 반사는 최소화되고 대부분의 레이저광의 에너지를 기판으로 전달시킬 수 있으므로 열처리를 보다 효율적으로 수행할 수 있다.Ultrarapid heat treatment apparatus using a CO 2 laser is then incident on the substrate as the Brewster angle (Brewster's angle) the P-polarized laser beam to minimize reflection in other words, the substrate surface to enhance the heat treatment efficiency of the laser light source. When the P polarized laser beam is incident on the substrate at the Brewster angle, the reflection of the laser beam is minimized and the energy of most of the laser beam can be transferred to the substrate, so that the heat treatment can be performed more efficiently.
순수 실리콘 반도체의 기판 표면에서의 브루스터 각은 기판 면의 수직으로부터 약 74.5°이며, 종래 기술에 의한 CO2 레이저 초급속 열처리 장치는 실리콘 기판 표면에 다양한 패턴 및 막질이 형성되어 있음에도 불고하고 순수 실리콘 반도체에만 최적화된 고정된 각도인 74.5°로 P편광된 레이저광을 조사한다. 반도체 소자 공정이 수행된 실리콘 기판은 그 표면 상태에 따라서 유효 굴절률이 다르며, 그에 따라서 반사율 값과 브루스터 각이 달라진다.The Brewster's angle at the substrate surface of the pure silicon semiconductor is about 74.5 DEG from the vertical direction of the substrate surface. The CO 2 laser ultra-rapid thermal annealing apparatus according to the related art has a problem that, although various patterns and film quality are formed on the surface of the silicon substrate, And irradiates P-polarized laser light at an optimized fixed angle of 74.5 DEG. The effective refractive index of the silicon substrate on which the semiconductor element process is performed differs depending on the surface state thereof, and thus reflectance value and Brewster angle are different.
반도체 실리콘 소자 기판 표면에서의 반사율은 표면 상태에 따라서 다양한 분포를 가지며, 이에 따라서 브루스터 각 또한 약 57.3° (반사율 약 5%)에서부터 약 85.9°(반사율 약 75%)까지의 분포를 가진다. 종래 기술과 같이 74.5°의 고정된 각도를 이용할 경우 기판의 표면 상태에 따라서 최대 약 33%의 레이저광이 반사하게 된다. 즉, 경우에 따라서 고출력의 레이저를 사용하여야 하고 이는 추가의 비용을 발생시키는 문제점이 있었다.The reflectance at the surface of the semiconductor silicon device substrate has various distributions depending on the surface condition, and accordingly, the Brewster angle has a distribution ranging from about 57.3 DEG (reflectance of about 5%) to about 85.9 DEG (reflectance of about 75%). When a fixed angle of 74.5 DEG is used as in the prior art, a maximum of about 33% of laser light is reflected depending on the surface state of the substrate. That is, a high-power laser should be used in some cases, which causes additional cost.
또한, 최소의 반사율을 갖는 각도를 측정하기 위하여 기판의 표면에 영향을 미치지 않을 정도로 낮은 출력을 갖는 CO2 레이저를 반도체 기판에 직접 조사하여 반사각을 측정할 수도 있으나, 이 경우 고가의 CO2 레이저 시스템, CO2 레이저 광 검출기 및 최소의 반사율을 갖는 반사각 결정을 위한 기구 장치 등 고가의 부속품이 필요한 문제점이 있다.In addition, the direct irradiation of CO 2 laser having a low output so would not affect the surface of the substrate to the semiconductor substrate can also measure the angle of reflection to measure the angle with a minimum of reflectance, but, in this case an expensive CO 2 laser system , A CO 2 laser photodetector, and an apparatus for determining a reflection angle with a minimum reflectance.
대한민국 등록특허 제10-0776949호에서는 열처리용 레이저 스캐닝 장치 및 방법에 대하여 기재하고 있다. 그러나, 상기 기재된 레이저 스캐닝 장치 및 방법 또한 순수한 실리콘 반도체에 최적화된 고정된 브루스터 각으로 레이저광을 기판에 입사하게 되어, 표면 상태에 따라 다양한 범위의 반사율 값을 갖는 기판에 대하여 반사율을 최소화할 수 없는 문제점은 여전히 존재한다.
Korean Patent No. 10-0776949 describes a laser scanning apparatus and method for heat treatment. However, the laser scanning apparatus and method described above also cause laser light to be incident on the substrate at a fixed Brewster angle that is optimized for pure silicon semiconductors, so that the reflectivity can not be minimized for a substrate having various reflectance values depending on the surface condition The problem still exists.
본 발명은 기판의 패턴 및 막질 등 표면 상태에 따라서 다양한 반사율을 갖는 기판에 대하여, 항상 고정된 각도로 레이저광을 입사하여 반사율을 최소화할 수 없는 종래 기술의 문제점을 해결할 수 있는 레이저 열처리 장치 및 방법을 제공한다.
The present invention relates to a laser annealing apparatus and method capable of solving the problems of the related art that the reflectance can not be minimized by always entering the laser light at a fixed angle with respect to the substrate having various reflectances according to the surface state of the substrate, .
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 레이저 열처리 장치는,According to an aspect of the present invention, there is provided a laser annealing apparatus comprising:
레이저를 이용하여 기판을 열처리하는 장치로서, 레이저광을 방출하는 방사원부; 상기 방사원부로부터 방출되는 레이저광을 상기 기판을 향하여 입사시키는 조절부; 상기 기판 표면의 반사율을 측정하는 측정부; 및 상기 측정부에서 측정된 반사율로부터 결정된 브루스터 각(Brewster's Angle)에 대응하는 입사각으로 상기 레이저광이 기판에 입사하도록 조절부를 제어하는 제어부를 포함하고,An apparatus for heat-treating a substrate using a laser, comprising: a radiation source for emitting laser light; An adjusting unit for making the laser light emitted from the radiation source part enter into the substrate; A measurement unit for measuring a reflectance of the surface of the substrate; And a control unit for controlling the adjusting unit so that the laser beam is incident on the substrate at an incident angle corresponding to a Brewster's angle determined from the reflectance measured by the measuring unit,
상기 제어부는, 상기 측정부에서 측정된 반사율로부터 상기 기판의 유효 굴절률을 연산하는 연산부 및 상기 유효 굴절률로부터 브루스터 각을 결정하는 결정부를 포함할 수 있으며,The control unit may include an operation unit for calculating an effective refractive index of the substrate from the reflectance measured by the measurement unit and a determination unit for determining the Brewster angle from the effective refractive index,
상기 측정부는 상기 기판의 하나 이상의 지점으로부터 평균적인 반사율을 측정할 수 있으며,The measuring unit may measure an average reflectance from at least one point of the substrate,
상기 기판을 회전시켜 정렬하는 정렬부를 더 포함하고, 상기 측정부는 상기 정렬부 내에 위치하여, 상기 회전하는 기판에 대하여 평균적인 반사율을 측정할 수 있으며,And an alignment unit for aligning the substrate by rotating the substrate, wherein the measurement unit is located within the alignment unit, and can measure the average reflectance with respect to the rotating substrate,
상기 입사각은 상기 브루스터 각의 ±10°이내일 수 있으며,The incident angle may be within +/- 10 degrees of the Brewster angle,
상기 조절부는 입사각 미러 및 초점 미러를 포함할 수 있으며,The adjustment portion may include an incident angle mirror and a focus mirror,
상기 방사원부는 CO2 레이저일 수 있으며,The radiation source may be a CO 2 laser,
상기 기판을 향하여 입사하는 상기 레이저광은 기판에 대하여 P 편광될 수 있다.
The laser light incident toward the substrate may be P-polarized with respect to the substrate.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 레이저 열처리 방법은,According to another aspect of the present invention, there is provided a laser annealing method,
레이저를 이용하여 기판을 열처리하는 방법으로서, 상기 기판 표면의 반사율을 측정하는 단계; 상기 측정된 반사율로부터 상기 기판의 유효 굴절률을 연산하는 단계; 상기 유효 굴절률로부터 브루스터 각을 결정하는 단계; 및 상기 브루스터 각에 대응하는 입사각으로 상기 기판을 향하여 레이저광을 입사하여 열처리하는 단계를 포함하고,A method of heat-treating a substrate using a laser, comprising: measuring a reflectivity of the surface of the substrate; Calculating an effective refractive index of the substrate from the measured reflectance; Determining a Brewster's angle from the effective refractive index; And applying a laser beam toward the substrate at an incident angle corresponding to the Brewster's angle to perform a heat treatment,
상기 반사율을 측정하는 단계는 상기 기판의 하나 이상의 지점으로부터 평균적인 반사율을 측정할 수 있으며,The step of measuring the reflectance may measure an average reflectance from at least one point of the substrate,
상기 기판을 회전시켜 정렬하는 단계를 더 포함하고, 상기 반사율을 측정하는 단계는 상기 기판의 회전시에 평균적인 반사율을 측정할 수 있으며,Wherein the step of measuring the reflectance can measure the average reflectance at the time of rotation of the substrate,
상기 입사각은 상기 브루스터 각의 ±10°이내일 수 있으며,The incident angle may be within +/- 10 degrees of the Brewster angle,
상기 기판을 향하여 레이저광을 입사하여 열처리하는 단계는 입사각 미러 및 초점 미러에 의하여 입사각을 조절할 수 있다.
In the step of irradiating the substrate with the laser light and performing the heat treatment, the incident angle can be controlled by the incident angle mirror and the focus mirror.
본 발명의 실시예에 따른 레이저 열처리 장치 및 방법에 의하면, 다양한 패턴 또는 막질을 갖는 기판에 대하여 상기 기판의 표면 상태에 따라 반사율을 최소화할 수 있는 최적의 입사각으로 레이저광을 입사하여 기판의 효율적인 열처리 공정을 수행할 수 있는 현저한 효과가 있다.According to the apparatus and method for laser annealing according to the embodiment of the present invention, laser light is incident on the substrate having various patterns or film quality at an optimum incident angle that minimizes the reflectance according to the surface state of the substrate, There is a remarkable effect that the process can be carried out.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 열처리 장치 및 방법에 의하면, 반사율을 최소화할 수 있는 최적의 입사각으로 레이저광을 입사함으로써 기판의 표면 상태에도 불구하고 동일한 레이저 출력으로 유사한 열처리 공정 결과를 얻을 수 있게 되어 공정 조건 확립이 유리하게 되는 현저한 효과가 있다.In addition, according to the laser annealing apparatus and method according to the embodiment of the present invention, laser light is incident at an optimum incident angle that minimizes the reflectance, so that similar heat treatment process results can be obtained with the same laser output despite the surface state of the substrate There is a remarkable effect that the establishment of the process condition is advantageous.
뿐만 아니라, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 열처리 장치 및 방법에 의하면, 레이저 출력을 최대의 효율로 사용할 수 있게 되어 레이저 열처리 장치와 관련된 투자비를 최소화할 수 있는 현저한 효과가 있다.
In addition, according to the laser annealing apparatus and method according to the embodiment of the present invention, the laser output can be used with the maximum efficiency, and the investment cost associated with the laser annealing apparatus can be minimized.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 열처리 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 측정부가 정렬부 내에 위치하는 모습을 나타내는 도면.
도 3은 기판의 표면 상태에 따른 입사각에 대한 P편광의 반사율 그래프를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 열처리 방법을 나타내는 흐름도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view showing the configuration of a laser annealing apparatus according to an embodiment of the present invention; FIG.
2 is a view showing a measuring part according to an embodiment of the present invention is positioned within an alignment part;
3 is a graph showing a reflectance graph of P polarized light with respect to an incident angle according to a surface state of a substrate;
4 is a flow chart illustrating a laser annealing method according to an embodiment of the present invention.
본 발명에 따른 레이저 열처리 장치 및 방법은 기판의 표면 상태에 따른 반사율이 최소가 되는 입사각으로 레이저광을 입사하여 기판을 열처리하는 기술적 특징을 제시한다.The laser annealing apparatus and method according to the present invention provide a technical feature of heat treating a substrate by injecting laser light at an incident angle that minimizes the reflectance according to the surface state of the substrate.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, Is provided to fully inform the user. Wherein like reference numerals refer to like elements throughout.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 열처리 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 측정부가 정렬부 내에 위치하는 모습을 나타내는 도면이다. 또한, 도 3은 기판의 표면 상태에 따른 입사각에 대한 P편광의 반사율 그래프를 나타내는 도면이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 열처리 장치는 레이저광을 방출하는 방사원부(10), 상기 방사원부(10)로부터 방출되는 레이저광을 상기 기판(S)을 향하여 입사시키는 조절부(20a, 20b), 상기 기판(S) 표면의 반사율을 측정하는 측정부(30) 및 상기 측정부(30)에서 측정된 반사율로부터 결정된 브루스터 각(Brewster's Angle)에 대응하는 입사각으로 상기 레이저광이 기판(S)에 입사하도록 조절부(20a, 20b)를 제어하는 제어부(미도시)를 포함한다.FIG. 1 is a view schematically showing a configuration of a laser annealing apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view showing that a measuring unit according to an embodiment of the present invention is located in an alignment unit. 3 is a graph showing a reflectance graph of P polarized light with respect to an incident angle according to the surface state of the substrate. 1 to 3, a laser annealing apparatus according to an embodiment of the present invention includes a
방사원부(10)는 기판(S)을 열처리하기 위한 레이저광을 방출한다. 상기 방사원부는 레이저이며, 바람직하게는 상기 레이저는 중심 파장이 10.6 ㎛으로 고출력을 용이하게 얻을 수 있으며 반사와 산란을 최소화할 수 있는 CO2 레이저를 사용할 수 있다. 또한, 기판(S)을 향하여 입사하는 레이저광은 표면에서의 반사를 최소화하기 위하여 상기 기판(S)에 대하여 P 편광되는 레이저광일 수 있다.The
조절부(20a, 20b)는 상기 방사원으로부터 방출되는 레이저광을 기판(S)을 향하여 입사한다. 상기 조절부(20a, 20b)는 방사원으로부터 방출되는 레이저광의 입사각을 조절하여 기판(S)을 향하여 입사하도록, 레이지광의 진행 방향을 변경시키는 입사각 미러(20a: Angle Of Incidence mirror) 및 초점 미러(20b: Focal mirror) 등 다수 개의 미러를 포함할 수 있다.The adjusting
측정부(30)는 열처리되는 기판(S) 표면의 반사율을 측정한다. 레이저에 의해 열처리되는 기판(S)은 패턴 또는 막질 등의 표면 상태에 따라서 다양한 반사율을 갖는다. 이와 같이 기판(S)의 반사율이 변하는 경우, P 편광된 레이저광의 브루스터 각 또한 변하게 된다. 기판(S)의 반사율에 따른 브루스터 각 및 상기 기판(S)의 반사율로부터 브루스터 각을 구하는 과정은 후술하기로 한다.The
본 발명의 실시예에 따른 측정부(30)는 발광 소자 및 수광 소자를 포함하여, 상기 발광 소자로부터 방출되는 광을 기판(S)에 수직으로 입사시키고, 기판(S)으로부터 반사되는 광을 상기 수광 소자가 수광하여 기판(S)에 대한 수직 입사 반사율(R)을 측정할 수 있다. 이는 기판(S)의 수직 입사 반사율(R)을 측정하기 위한 일 실시예이며, 상기 측정부(30)는 기판(S)에 대한 수직 입사 반사율(R)을 측정하기 위한 반사율 측정기 등 다양한 구성이 적용될 수 있음은 물론이다.The
또한, 상기 측정부(30)는 기판(S)의 하나 이상의 지점으로부터 평균적인 수직 입사 반사율(R)을 측정할 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 열처리 장치는 기판(S)을 회전시켜 정렬하는 정렬부(40)를 더 포함하고, 상기 측정부(30)는 상기 정렬부(40) 내에 위치하여 회전하는 기판(S)에 대하여 평균적인 수직 입사 반사율(R)을 측정할 수 있다.In addition, the
일반적으로, 정렬부(40)는 기판(S)을 정렬시키기 위한 회전 수단 및 광 모듈을 포함한다. 따라서, 상기 정렬부(40) 내에 측정부(30)가 위치하는 경우, 상기 측정부(30)는 별도의 회전 수단이 없이도 정렬부(40)에 구비된 회전 수단을 이용하여 평균적인 수직 입사 반사율(R)을 측정할 수 있으며, 정렬부(40)의 광 모듈을 이용하여 기판(S)의 수직 입사 반사율(R)을 측정할 수도 있다.In general, the
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 열처리 장치는 기판(S)을 레이저 열처리하기 이전에 준비 공정을 수행하기 위한 전처리부를 포함할 수 있다. 상기 전처리부는 기판(S)을 수납하는 카세트부(50a, 50b), 기판(S)을 예열 처리하기 위한 예열부(50c) 및 기판(S)을 정렬하는 정렬부(40)를 포함하고, 로봇 암(60)에 의하여 기판(S)을 이동시키며 준비 공정을 수행한다. 도 2에 도시된 카세트부(50a, 50b), 예열부(50c) 및 정렬부(40)의 개수와 배치는 다양하게 구성할 수 있는 것으로 이에 한정되지 않음은 물론이다.As shown in FIG. 2, the laser annealing apparatus according to the embodiment of the present invention may include a pre-processing unit for performing a preparation process before laser annealing the substrate S. The preprocessing section includes
정렬부(40)는 기판(S)을 회전시켜 기판(S)의 노치(notch) 등을 특정 각도로 위치하도록 기판(S)을 정렬하고, 상기 정렬부(40)에서 정렬된 기판(S)은 로봇 암(60)에 의하여 레이저 열처리를 위한 스테이지(70) 상에 위치된다. 따라서, 본 발명에 따른 레이저 열처리 장치는 측정부(30)를 정렬부(40) 내에 위치하여 정렬부(40)에 의하여 기판(S)을 회전 정렬시킴과 동시에 상기 회전하는 기판(S)에 대한 평균적인 수직 입사 반사율(R)을 측정할 수 있게 된다.The
제어부(미도시)는 측정부(30)에서 측정된 반사율 즉, 기판(S)의 표면 상태에 따른 수직 입사 반사율(R)로부터 결정된 브루스터 각에 대응하는 입사각으로 방사원부(10)로부터 방출되는 레이저광이 기판(S)에 입사하도록 조절부(20a, 20b)를 제어한다. 바람직하게는, 상기 제어부는 상기 측정부(30)에서 측정된 수직 입사 반사율(R)로부터 상기 기판(S)의 유효 굴절률(n)을 연산하는 연산부 및 상기 유효 굴절률(n)로부터 브루스터 각을 결정하는 결정부를 포함할 수 있다.The laser beam emitted from the
브루스터 각(Brewster's angle)은 P 편광된 레이저광이 특정한 입사각으로 기판(S)에 입사하게 되면 기판(S) 표면에서 반사가 일어나지 않는데, 이때의 특정한 입사각을 브루스터 각이라 한다. P 편광된 레이저광의 입사각(θ)에 따른 반사율(RP)은 하기의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
When the P-polarized laser beam is incident on the substrate S at a specific incident angle, the Brewster's angle does not cause reflection on the surface of the substrate S. Herein, a specific angle of incidence is referred to as Brewster's angle. The reflectance R P according to the incident angle [theta] of the P polarized laser light can be expressed by the following equation (1).
상기 수학식을 이용하여 P 편광된 레이저광의 브루스터 각을 구하기 위하여는 기판(S)의 유효 굴절률(n)을 구하여야 한다. 상기 기판(S)의 유효 굴절률(n)은 수직 입사 반사율(R)의 관계식인 하기의 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
In order to obtain the Brewster's angle of the P-polarized laser beam using the above equation, the effective refractive index (n) of the substrate S should be obtained. The effective refractive index n of the substrate S may be expressed by the following equation (2), which is a relational expression of the normal incidence reflectance R:
본 발명의 실시예에 따른 연산부는 측정부(30)에서 측정된 수직 입사 반사율(R)로부터 상기 수학식 2에 의하여 기판(S)의 표면 상태에 따른 유효 굴절률(n)을 연산하게 되고, 결정부는 상기 연산된 유효 굴절률로부터 상기 수학식 1에 의하여 브루스터 각을 결정한다.The operation unit according to the embodiment of the present invention calculates the effective refractive index n according to the surface state of the substrate S from the normal incidence reflectance R measured by the measuring
보다 상세하게는, 도 3에 도시된 바와 같이 P 편광된 레이저광은 입사각(θ)에 따라 변화하는 반사율(RP)을 갖는다. 도 3에 실선으로 도시된 반사율 곡선은 순수 실리콘 기판(S)에 대한 반사율 곡선으로 수직 입사 반사율(R)은 약 0.32의 값을 가지며, 이때 브루스터 각은 약 74.5°이다. 그러나 기판(S)의 패턴 또는 막질 등의 표면 상태에 따라 수직 입사 반사율(R)이 변화하게 되면 브루스터 각 또한 이에 상응하여 변화하게 된다.More specifically, as shown in FIG. 3, the P-polarized laser light has a reflectivity R P that varies with an incident angle?. The reflectance curve shown by the solid line in FIG. 3 is a reflectance curve for the pure silicon substrate S, and the normal incidence reflectance R has a value of about 0.32, wherein the Brewster angle is about 74.5 degrees. However, when the vertical incidence reflectance R changes according to the surface state of the pattern of the substrate S or the film quality, the Brewster angle also changes correspondingly.
예를 들어, 측정부(30)에서 측정된 수직 입사 반사율(R)이 약 0.75의 값을 갖는 경우 제어부는 상기 수학식 1 및 수학식 2에 의하여 약 85.9°의 브루스터 각을 결정하고, 측정부(30)에서 측정된 수직 입사 반사율(R)이 약 0.05의 값을 갖는 경우 약 57.6°의 브루스터 각을 결정하게 된다.For example, when the vertical incidence reflectance R measured by the measuring
따라서, 제어부는 측정부(30)에서 측정된 수직 입사 반사율(R)로부터 결정된 브루스터 각에 대응하는 입사각으로 상기 레이저광이 기판(S)에 입사하도록 입사각 미러(20a) 및 초점 미러(20b) 등 조절부(20a, 20b)를 제어한다. 이때 입사각은 선택적으로 조정 가능할 수 있으며, 바람직하게는 상대적으로 반사율이 낮은 브루스터 각의 ±10°이내의 범위 내에서 입사각을 선택할 수 있다. 따라서, 불균일한 기판(S)의 표면 상태로 인하여 평균적인 수직 입사 반사율(R)에 의하여 브루스터 각이 결정되는 경우에도 실제 기판(S)의 표면 상태에 따른 반사율이 최소가 되는 입사각을 선택하도록 조정할 수 있다.Therefore, the controller controls the
상기한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 레이저 열처리 장치는 표면 상태에 따라 다양한 반사율을 갖는 기판(S)에 대하여, 수직 입사 반사율(R)을 레이저 열처리 공정 이전에 측정부(30)에서 측정하고, 제어부에서 상기 수직 입사 반사율(R)을 연산하여 브루스터 각을 결정하고, 이에 대응하는 입사각으로 레이저광이 기판(S)에 입사하도록 조절부(20a, 20b)를 제어한다. 따라서, 다양한 표면 상태를 갖는 기판(S)에 대하여 최적의 브루스터 각을 이용한 레이저 열처리 공정을 수행할 수 있으며, 동일한 레이저 출력으로 최대 효율의 열처리 공정 결과를 얻을 수 있게 된다.
As described above, the laser annealing apparatus according to the embodiment of the present invention measures the vertical incidence reflectance R of the substrate S having various reflectances according to the surface state by the measuring
이하에서 본 발명의 실시예에 따른 레이저 열처리 방법에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a laser annealing method according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 열처리 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 열처리 방법은 기판(S) 표면의 반사율을 측정하는 단계(S100), 상기 측정된 반사율로부터 상기 기판(S)의 유효 굴절률을 연산하는 단계(S200), 상기 유효 굴절률로부터 브루스터 각을 결정하는 단계(S300) 및 상기 브루스터 각에 대응하는 입사각으로 상기 기판(S)을 향하여 레이저광을 입사하여 열처리하는 단계(S400)를 포함한다.4 is a flowchart illustrating a laser annealing method according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, the laser annealing method according to the embodiment of the present invention includes the steps of measuring a reflectance of a surface of a substrate S (S100), calculating an effective refractive index of the substrate S from the measured reflectance S200), determining a Brewster's angle (S300) from the effective refractive index (S300), and irradiating laser light toward the substrate (S) at an incident angle corresponding to the Brewster's angle (S400).
기판(S) 표면의 반사율을 측정하는 단계(S100)는 열처리되는 기판(S)의 표면 상태에 따른 수직 입사 반사율(R)을 측정한다. 측정부(30)에 의하여 기판(S)의 표면 상태에 따른 수직 입사 반사율(R)을 측정하는 과정은 전술한바, 이에 대한 반복적인 설명은 생략한다.The step S100 of measuring the reflectance of the surface of the substrate S measures the normal incidence reflectance R according to the surface state of the substrate S to be heat-treated. The process of measuring the normal incidence reflectance R according to the surface state of the substrate S by the measuring
또한, 상기 반사율을 측정하는 단계(S100)는 기판(S)의 하나 이상의 지점으로부터 평균적인 수직 입사 반사율(R)을 측정할 수도 있다. 바람직하게는, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 열처리 방법은 기판(S)을 회전시켜 정렬하는 단계를 더 포함하고, 상기 반사율을 측정하는 단계(S100)는 기판(S)의 정렬을 위하여 상기 기판(S)의 회전시에 평균적인 수직 입사 반사율(R)을 측정할 수 있다.In addition, the step of measuring the reflectance (S100) may measure an average normal incidence reflectance (R) from at least one point of the substrate (S). Preferably, the method of laser annealing according to an embodiment of the present invention further comprises rotating and aligning the substrate S, wherein the step of measuring the reflectance S100 comprises: It is possible to measure the average normal incidence reflectance R at the time of rotation of the light source S.
기판(S)의 유효 굴절률을 연산하는 단계(S200)는 상기 기판(S) 표면의 수직 입사 반사율을 측정하는 단계(S100)에서 측정된 수직 입사 반사율로부터 기판(S)의 유효 굴절률(n)을 연산한다. 또한, 브루스터 각을 결정하는 단계(S300)는 기판(S)의 유효 굴절률(n)을 연산하는 단계(S200)에서 연산된 기판(S)의 유효 굴절률(n)로부터 기판(S)의 표면 상태에 따른 브루스터 각을 결정한다. 기판(S)의 표면 상태에 따른 수직 입사 반사율(R)로부터 기판(S)의 유효 굴절률(n)을 연산하고, 브루스터 각을 결정하는 과정은 상기한 수학식 1 및 수학식 2와 관련하여 전술한바, 이에 대한 반복적인 설명은 생략한다.The step S200 of calculating the effective index of refraction of the substrate S may include calculating the effective refractive index n of the substrate S from the normal incidence reflectance measured in the step S100 of measuring the normal incidence reflectance of the surface of the substrate S . The step S300 of determining the Brewster's angle further includes calculating the effective refractive index n of the substrate S from the effective refractive index n of the substrate S calculated in the step S200 of calculating the effective refractive index n of the substrate S, To determine the Brewster's angle. The process of calculating the effective refractive index n of the substrate S from the normal incidence reflectance R according to the surface state of the substrate S and determining the Brewster's angle is the same as that of Equation 1 and Equation 2 However, repetitive explanations are omitted.
레이저광을 입사하여 열처리하는 단계(S400)는 상기 브루스터 각을 결정하는 단계(S300)로부터 결정된 브루스터 각에 대응하는 입사각으로 기판(S)을 향하여 레이저광을 입사하여 열처리한다. 기판(S)의 표면 상태에 따라 변화하는 브루스터 각에 대응하는 입사각으로 기판(S)을 향하여 레이저광을 입사하기 위하여 입사각 미러(20a) 및 초점 미러(20b)를 조절하여 레이저광의 진행 방향을 변경시키고, 이때 입사각은 상대적으로 반사율이 낮은 브루스터 각의 ±10°이내의 범위 내에서 선택할 수 있음은 전술한 바와 같다.
In the step S400 of irradiating the laser beam with the laser beam, the laser beam is incident on the substrate S at an incident angle corresponding to the Brewster angle determined in the step S300 of determining the Brewster's angle. The
상기에서, 본 발명의 바람직한 실시예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확하게 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.
While the preferred embodiments of the present invention have been described and illustrated above using specific terms, such terms are used only for the purpose of clarifying the invention, and the embodiments of the present invention and the described terminology are intended to be illustrative, It will be obvious that various changes and modifications can be made without departing from the spirit and scope of the invention. Such modified embodiments should not be understood individually from the spirit and scope of the present invention, but should be regarded as being within the scope of the claims of the present invention.
10: 방사원부 20a, 20b: 조절부
30: 측정부 40: 정렬부
50a, 50b: 카세트부 50c: 예열부
60: 로봇 암 70: 스테이지10:
30: measuring part 40:
50a, 50b:
60: Robot arm 70: Stage
Claims (13)
레이저광을 방출하는 방사원부;
상기 방사원부로부터 방출되는 레이저광을 상기 기판을 향하여 입사시키는 조절부; 및
상기 측정부에서 측정된 평균 반사율로부터 결정된 브루스터 각(Brewster's Angle)에 대응하는 입사각으로 상기 레이저광이 기판에 입사하도록 조절부를 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 측정부는,
상기 정렬부 내에 제공되어 정렬을 위하여 회전하는 상기 기판의 하나 이상의 지점으로부터 상기 평균 반사율을 측정하는 레이저 열처리 장치.
A pretreatment unit including an alignment unit for aligning the substrate by rotating the substrate, a measurement unit provided in the alignment unit for measuring the average reflectance of the substrate surface, and a robot arm for moving the aligned substrate to the stage;
A radiation source for emitting laser light;
An adjusting unit for making the laser light emitted from the radiation source part enter into the substrate; And
And a controller for controlling the adjusting unit so that the laser beam is incident on the substrate at an incident angle corresponding to a Brewster's angle determined from the average reflectance measured by the measuring unit,
Wherein the measuring unit comprises:
Wherein the average reflectance is measured from at least one point of the substrate provided in the alignment section and rotated for alignment.
상기 제어부는,
상기 측정부에서 측정된 상기 평균 반사율로부터 상기 기판의 유효 굴절률을 연산하는 연산부; 및
상기 유효 굴절률로부터 브루스터 각을 결정하는 결정부를 포함하는 레이저 열처리 장치.
The method according to claim 1,
Wherein,
An operation unit for calculating an effective refractive index of the substrate from the average reflectance measured by the measuring unit; And
And a determiner for determining an angle of Brewster from the effective refractive index.
상기 입사각은 상기 브루스터 각의 ±10°이내인 레이저 열처리 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the incident angle is within +/- 10 degrees of the Brewster angle.
상기 조절부는 입사각 미러 및 초점 미러를 포함하는 레이저 열처리 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the adjusting unit includes an incident angle mirror and a focus mirror.
상기 방사원부는 CO2 레이저인 레이저 열처리 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the radiation source is a CO 2 laser.
상기 기판을 향하여 입사하는 상기 레이저광은 기판에 대하여 P 편광되는 레이저 열처리 장치.
The method according to claim 1,
And the laser light incident on the substrate is P-polarized with respect to the substrate.
정렬된 상기 기판을 열처리를 위한 스테이지로 이동시키는 단계;
상기 측정된 평균 반사율로부터 상기 기판의 유효 굴절률을 연산하는 단계;
상기 유효 굴절률로부터 브루스터 각을 결정하는 단계; 및
상기 브루스터 각에 대응하는 입사각으로 상기 기판을 향하여 레이저광을 입사하여 열처리하는 단계를 포함하는 레이저 열처리 방법.
Measuring an average reflectivity of the substrate surface from at least one point of the substrate rotating for alignment while rotating the substrate while aligning;
Moving the aligned substrate to a stage for heat treatment;
Calculating an effective refractive index of the substrate from the measured average reflectance;
Determining a Brewster's angle from the effective refractive index; And
And irradiating a laser beam toward the substrate at an incident angle corresponding to the Brewster angle to heat-treat the laser beam.
상기 입사각은 상기 브루스터 각의 ±10°이내인 레이저 열처리 방법.
The method of claim 9,
Wherein the incident angle is within +/- 10 degrees of the Brewster angle.
상기 기판을 향하여 레이저광을 입사하여 열처리하는 단계는 입사각 미러 및 초점 미러에 의하여 입사각을 조절하는 레이저 열처리 방법.
The method of claim 9,
The laser annealing method according to claim 1, wherein the laser light is incident on the substrate and the annealed laser light is incident on the substrate.
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| JP2008066356A (en) * | 2006-09-05 | 2008-03-21 | Ihi Corp | Method and apparatus for laser annealing |
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